反井钻机大直径钻杆锯齿形接头螺纹承载能力分析

摘要

钻杆是反井钻机的重要组成部分，其中接头螺纹联接质量对反井钻进安全施工有很大影响。目前采用API接头螺纹的钻杆，不能满足大直径反井钻井的需要。因此，煤炭科学研究总院建井研究分院结合科技部科研院所专项资金项目，研制了反井钻机用锯齿形钻杆接头螺纹。
　　本文对锯齿形钻杆接头螺纹承载能力进行了理论分析和实验研究。首先利用山本晃的螺纹模型对锯齿形钻杆接头螺纹进行力学分析，在此基础上建立锯齿形接头螺纹钻杆的上扣扭矩计算方法;然后利用Pro/E三维造型软件和ANSYS分析软件对钻杆接头螺纹进行建模和数值计算，分析了螺纹锥度、承载牙侧角、牙底圆弧半径等对接头承载能力的影响;为模拟钻杆接头螺纹在上扣扭矩、轴向拉力和拉扭组合作用下的受力状况，研制了钻杆接头拉扭实验台，并在实验台上研究钻杆接头螺纹在三种工况的应变分布规律。最后实验研究了钻杆接头螺纹紧密距间隙取值的合理范围。
　　研究结果表明，钻杆接头各扣螺纹受力非均匀分布，靠近台肩面三扣受力最大，远离台肩面各扣螺纹受力逐渐减小;上扣扭矩过低影响钻杆的承载能力;增大接头螺纹锥度、降低齿高可以使各扣螺纹受力趋于均匀，减小承载面牙侧角可以减小齿面的最大接触应力，能够提高钻杆的承载能力。为反井钻杆接头结构设计提供参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．2 反井技术的国内外发展

1．2．1 反井钻机技术的国内外发展概况

1．2．2 反井钻机的钻具系统

1．3 钻杆接头螺纹国内外的研究现状

1．4 本论文研究内容

2 反井钻机钻杆接头螺纹

2．1 反井钻机钻杆接头螺纹

2．2 反井钻机钻杆接头螺纹受力的研究方法

2．2．1 解析法

2．2．2 电测量

2．2．3 光弹实验

2．2．4 数值模拟

小结

3 反井钻机钻杆联接的理论分析

3．1 钻杆受力分析

3．2 钻杆接头螺纹力学分析

3．2．1 钻杆接头的扭矩和轴向力的关系

3．2．2 螺纹牙的弹性变形

3．2．3 钻杆螺纹牙轴向力的分布

3．2．4 反井钻杆联接体的外力和内力的关系

3．2．5 螺纹的强度理论

3．3 反井钻机钻杆上扣扭矩的确定

小结

4 钻杆螺纹的数值分析

4．1 钻杆螺纹的数值分析概述

4．2 有限元模型的建立

4．3 模型前处理及求解器设定

4．3．1 基本参数

4．3．2 载荷施加与边界条件定义

4．3．3 计算

4．3．4 后处理

4．4 数值模拟结果分析

4．4．1 锥度对各圈扣受力分布的影响

4．4．2 承载牙侧角对齿面应力分布的影响

4．4．3 牙底圆弧半径对应力集中的影响

4．4．4 牙高对钻杆接头应力分布的影响

4．5 规律及结论

小结

5 钻杆接头的承载实验

5．1 钻杆接头应变测试实验

5．1．1 实验设备

5．1．2 实验过程

5．1．3 关于实验中的几个问题

5．1．4 实验数据处理和分析

5．2 钻杆接头紧密距实验

小结

6 结论与展望

6．1 论文结论

6．2 主要创新点

6．3 展望

参考文献

致谢